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JP2008220580A - Immersive walking sensation presentation device - Google Patents

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Publication number
JP2008220580A
JP2008220580A JP2007062180A JP2007062180A JP2008220580A JP 2008220580 A JP2008220580 A JP 2008220580A JP 2007062180 A JP2007062180 A JP 2007062180A JP 2007062180 A JP2007062180 A JP 2007062180A JP 2008220580 A JP2008220580 A JP 2008220580A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
walking
immersive
foot
sensation presentation
walking sensation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2007062180A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroaki Yano
博明 矢野
Hiroo Iwata
洋夫 岩田
Hideyuki Saito
秀之 斉藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Tsukuba NUC
Original Assignee
University of Tsukuba NUC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Tsukuba NUC filed Critical University of Tsukuba NUC
Priority to JP2007062180A priority Critical patent/JP2008220580A/en
Publication of JP2008220580A publication Critical patent/JP2008220580A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

【課題】歩行のリハビリテーションのために、都市空間や風景等の現実の環境のような実写映像空間の中を自分の足で歩き回ることが出来る没入歩行感覚呈示装置を実現する。
【解決手段】没入ディスプレイ装置2と歩行感覚呈示装置3を組み合わせ、没入ディスプレイ装置2は、ユーザ5の視野範囲をカバーする水平270度、垂直60度のスクリーン7と、投影装置8とを備え、歩行感覚呈示装置3は、ユーザ5の足に対して足の動作軌跡を呈示するものであり、足裏を置くフットパッドを有する足載せ具21を備えており、この足載せ具21は、前後及び上下方向に可動して足の歩行動作軌跡に沿って移動するとともに、体重などで足裏に加わる力を検出する力センサを備え、この力センサによりユーザ5の歩行状態を検出して、この検出に基づき足の歩行動作軌跡を制御可能である。
【選択図】図1
An object of the present invention is to provide an immersive walking sensation presentation device capable of walking around in a live-action video space such as an actual environment such as a city space or a landscape for walking rehabilitation.
An immersive display device 2 and a walking sensation presentation device 3 are combined, and the immersive display device 2 includes a horizontal 270 ° and vertical 60 ° screen 7 that covers a visual field range of a user 5, and a projection device 8. The walking sensation presentation device 3 presents a motion trajectory of the foot with respect to the foot of the user 5, and includes a footrest 21 having a foot pad for placing the sole of the foot. And a force sensor that detects the force applied to the sole of the foot by weight and the like, and detects the walking state of the user 5 with this force sensor. Based on the detection, the walking motion trajectory of the foot can be controlled.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、歩行のリハビリテーションのために、映像空間の中を自分の足で歩き回ることが出来る没入歩行感覚呈示装置に関する。   The present invention relates to an immersive walking sensation presentation device capable of walking around in a video space with his / her foot for rehabilitation of walking.

近年、歩行リハビリテーションシステムとしては、ロコマット(Locomat。非特許文献1参照) や筑波大のHAL(人間が運動しようとする際に生じる生体電位信号に着目し、皮膚表面で検出・処理することで、思い通りに人間の力を増幅させるロボットスーツ非特許文献2参照)のように、足の各関節にロボットアームを沿わせ全ての関節の動きを決める構成か、トレッドミルのように全く拘束のないもののどちらかしか無い。   In recent years, gait rehabilitation systems include Locomat (see Non-Patent Document 1) and University of Tsukuba's HAL (focusing on the biopotential signal generated when a person tries to exercise, Like a robot suit that amplifies human power as desired (see Non-Patent Document 2), the robot arm is placed along each joint of the foot to determine the movement of all joints, or there is no restriction at all like a treadmill. There is only one.

リハビリテーションにおいては、足の動作軌跡に 加えて上半身、特に腰の回旋運動の訓練をすることが重要であるが、これらのシステムは拘束が強すぎるか、拘束が無いため十分な訓練が出来ない。   In rehabilitation, it is important to train the upper body, especially the hip rotation, in addition to the trajectory of the foot, but these systems are either too restrictive or not constrained because they are not constrained.

また、ベルリン工科大は、足載せをリンク機構のみで軌道を決めるリハビリテーションシステムを開発している (非特許文献3参照)が、決まった軌道しか足載せを移動できず、任意の足の動作軌跡を描くことが出来ない。また、映像と関連的にリハビリが可能なように、映像によるフィードバック が行なわれるシステムではない。   In addition, the Berlin University of Technology has developed a rehabilitation system that determines the trajectory using only the link mechanism for the footrest (see Non-Patent Document 3). Cannot draw. Also, it is not a system that provides feedback by video so that rehabilitation is possible in relation to video.

従来のリハビリテーション機器において、映像によるフィードバックが行なわれている歩行リハビリテーションシステムとし ては、PW−10のようなトレッドミル(日立製作所製)と小型平面ディスプレイを用いた例がある。   In a conventional rehabilitation device, as a walking rehabilitation system in which feedback is performed by video, there is an example using a treadmill (manufactured by Hitachi, Ltd.) such as PW-10 and a small flat display.

また、トレッドミルやトレーニング自転車等の運動器具に画像提示装置が対応付けられており、運動器具で運動している運動者の動きに応じてその画像提示装置で提示される映像情報が変化する協調運動感覚体験装置が知られている(特許文献1参照)。   In addition, an image presentation device is associated with an exercise device such as a treadmill or a training bicycle, and the video information presented by the image presentation device changes according to the movement of an exerciser exercising with the exercise device. A kinesthetic experience device is known (see Patent Document 1).

さらに、平坦地、坂道、凹凸や傾斜面、段差等いろいろな地形を織り交ぜた歩行環境を歩行、昇降するような体感を呈示でき、しかもコンパクトで低価格な仮想歩行装置は、本発明者によりすでに提案されている(特許文献2参照)。   Furthermore, the present inventors have proposed a virtual walking device that can provide a bodily sensation such as walking and going up and down in a walking environment that interweaves various terrain such as flat ground, slopes, unevenness, inclined surfaces, and steps, and is compact and inexpensive. It has already been proposed (see Patent Document 2).

そして、球面スクリーンの内方に向けて投影光を投影するプロジェクタ、第1の反射鏡、凸面鏡である第2の反射鏡を配設し、プロジェクタからの投影光を、球面スクリーンの全周面に投影して球面スクリーンの全周面に臨場感溢れる画像を投影する全周球面スクリーン投影装置は、本発明者によりすでに提案されている(特許文献3参照)。   Then, a projector that projects projection light toward the inside of the spherical screen, a first reflecting mirror, and a second reflecting mirror that is a convex mirror are arranged, and the projection light from the projector is placed on the entire circumferential surface of the spherical screen. An inventor has already proposed an all-around spherical screen projection apparatus that projects and projects an image full of realism onto the entire circumference of a spherical screen (see Patent Document 3).

特開2001−129122号公報JP 2001-129122 A 特開2001−087415号公報JP 2001-087415 A 特開2000−56415号公報JP 2000-56415 A http://control.ee.ethz.ch/〜ifareg/gait/gait.phphttp://control.ee.ethz.ch/~ifareg/gait/gait.php http://www.nedo.go.jp/expo2005/robot/prototype/jyutaku013.htmlhttp://www.nedo.go.jp/expo2005/robot/prototype/jyutaku013.html http://userpage.fu-berlin.de/〜bhesse/e_index.htmlhttp://userpage.fu-berlin.de/~bhesse/e_index.html

リハビリテーションにおいては、足の動作軌跡に加えて上半身、特に 腰の回旋運動の訓練をすることが重要であるが、非特許文献1、2のシステムでは拘束が強すぎ、また単なるトレッドミルでは拘束力が無いため十分な訓練が出来ない。また、特許文献1、2記載の装置では、視覚呈示がない、或いは十分ではなく、歩行感覚の欠如や、やる気の低下という問題がある。   In rehabilitation, it is important to train the rotation of the upper body, especially the hips, in addition to the movement trajectory of the foot, but the system of Non-Patent Documents 1 and 2 is too restrictive, and the restraint force of a simple treadmill Because there is no, you can not train enough. In addition, the devices described in Patent Documents 1 and 2 have a problem that there is no visual presentation or is insufficient, and a lack of walking sensation or a decrease in motivation.

本発明は、従来のリハビリテーション機器で不足していた問題点を解決するリハビリテーション機器を実現するものであり、歩行のリハビリテーションのために、風景等の現実の環境のような実写映像空間の中を自分の足で歩き回ることが出来る没入歩行感覚呈示装置を実現することを課題とするものである。   The present invention realizes a rehabilitation device that solves a problem that has been lacking in conventional rehabilitation devices. For rehabilitation of walking, the present invention is used in a live-action video space such as a real environment such as a landscape. It is an object of the present invention to realize an immersive walking sensation presentation device that can walk around with its legs.

本発明は上記課題を解決するために、没入ディスプレイと、該没入ディスプレイで囲まれた空間に歩行感覚呈示装置を配置し組み合わせて成る没入歩行感覚呈示装置であって、前記没入ディスプレイは、ユーザの視野範囲をカバーするスクリーンと、該スクリーンに映像を投影する投影装置とを備え、前記歩行感覚呈示装置は、ユーザの足に対して足の動作軌跡を呈示し、前記投影装置は、前記歩行感覚呈示装置を利用して模擬的に歩行する際の前記足の動作軌跡に同期して動く映像を、前記没入ディスプレイに投影し、ユーザが、その場にいながら、前記映像の空間を視覚及び体に受ける感覚を通して、模擬的な歩行体験を可能とすることを特徴とする没入歩行感覚呈示装置を提供する。   In order to solve the above-mentioned problem, the present invention is an immersive walking sensation display device that is formed by arranging and combining an immersive display and a walking sensation display device in a space surrounded by the immersive display. A screen that covers a field of view; and a projection device that projects an image on the screen. The walking sensation presentation device presents a motion trajectory of a foot with respect to a user's foot, and the projection device includes the walking sensation. A video that moves in synchronization with the motion trajectory of the foot when simulating walking using a presentation device is projected onto the immersive display, and the user can see the space of the video and the body while on the spot. Provided is an immersive walking sensation presentation device characterized in that a simulated walking experience is possible through the sense received by the user.

前記歩行感覚呈示装置は、足裏を置くフットパッドを有する足載せ具を備えており、該足載せ具は、前後及び上下方向に可動して足の歩行動作軌跡に沿って移動するとともに、足の歩行動作軌跡をコントロールすることができることが好ましい。   The walking sensation presentation device includes a footrest having a foot pad on which a foot is placed, and the footrest moves in the front and rear and up and down directions and moves along the walking motion trajectory of the foot. It is preferable that the walking motion trajectory can be controlled.

前記歩行感覚呈示装置の足載せ具は、体重などで足裏に加わる力を検出する力センサを備えており、該力センサによりユーザの歩行状態を検出する構成とすることが好ましい。   It is preferable that the footrest of the walking sensation presentation device includes a force sensor that detects a force applied to the sole of the foot by weight or the like, and detects the user's walking state using the force sensor.

前記歩行感覚呈示装置の足載せ具は、アクチュエータにより踵側が上方に傾動可能な踵上げ機構を備えていることが好ましい。   It is preferable that the footrest of the walking sensation presentation device includes a heel raising mechanism that can tilt the heel side upward by an actuator.

前記歩行感覚呈示装置の足載せ具は、つま先が上方に可動な構成であることが好ましい。   It is preferable that the footrest of the walking sensation presentation device has a configuration in which a toe is movable upward.

前記没入ディスプレイに投影する映像は、全方位映像撮影装置によって撮影され前記視野範囲に対応し編集された実写映像又はコンピュータグラッフィック映像であり、前記実写映像は、リアルタイム又は一端記憶手段に記憶後投影される構成であることが好ましい。   The video projected on the immersive display is a real video or computer graphic video shot by an omnidirectional video camera and edited corresponding to the field of view, and the real video is projected after being stored in real-time or one-end storage means. It is preferable that it is the structure.

前記没入歩行感覚呈示装置は、ユーザの体の動きをセンシングするセンサを備え、該センサの検出データから作成したCGを没入ディスプレイで投影し、ユーザ自身が自己の動きをリアルタイム又は訓練後に確認することが出来ることが好ましい。   The immersive walking sensation presentation device includes a sensor that senses the movement of the user's body, projects a CG created from the detection data of the sensor on an immersive display, and the user confirms his / her own movement in real time or after training. It is preferable that

本発明によれば、次のような効果が生じる。
(1)リハビリテーションおよび健康の維持、増進
この没入歩行感覚呈示装置では、ユーザの視野のほとんどを覆うスクリーンに投影された映像と足へのフィードバックが連動し、あたかも風景等の現実の環境を歩行しているかのような高い没入感を作り出すことができる。
According to the present invention, the following effects are produced.
(1) Rehabilitation and health maintenance and enhancement In this immersive walking sensation presentation device, the image projected on the screen that covers most of the user's visual field and the feedback to the foot are interlocked to walk as if in a real environment such as a landscape. It can create a high level of immersive feeling.

そして、本発明の没入歩行感覚呈示装置を使用すれば、自分の住んでいる町や、なかなか行けない場所を健常者と同じように自分の足で歩いたような感覚を持って、リハビリテーションが行える。また、健常者についても、この没入歩行感覚呈示装置で運動を行なうことで、健康の維持、増進が計れる。   And by using the immersive walking sensation presentation device of the present invention, rehabilitation can be performed with the feeling of walking with your feet in the same way as a healthy person in a town where you live or where you can hardly go. . Also, healthy people can maintain and improve their health by exercising with this immersive walking sensation presentation device.

本発明の没入歩行感覚呈示装置は、従来の足の関節にリンクを付けるロボットリハビリテーションシステムと異なり、足の甲部以外は拘束されないため、腰の回旋など歩行に重要な訓練および理学療法士の介入が可能な点が挙げられる。   Unlike the conventional robot rehabilitation system that links to the joints of the foot, the immersive walking sensation presentation device of the present invention is not restrained except for the upper part of the foot. Is possible.

特に、本発明の没入歩行感覚呈示装置は、構造として患者の背後がフリースペースになっており、足載せ具への乗降が容易で、理学療法士が腰の回旋運動を背後から腰を持って教えることができ、この点は従来のリハビリテーション機器とは大きく異なり、顕著な効果である。   In particular, the immersive walking sensation presentation device of the present invention has a free space behind the patient as a structure, it is easy to get on and off the footrest, and the physiotherapist performs the hip rotation from the back This point is very different from conventional rehabilitation equipment, and it is a remarkable effect.

本発明は、コンビュータ制御のリンク駆動モータ、昇降モータ及び踵上げモータ等のアクチュエータを用いることで、足載せ具(フットパッド)を任意の軌道を移動させることが可能である。足下のフットパッド表面に付設された力センサの入力によって動作のタイミングを調整出来るので、現実の歩行動作にきわめて近い動作をすることができる。   In the present invention, it is possible to move a footrest (foot pad) along an arbitrary track by using actuators such as a link control motor controlled by a computer, a lifting motor and a lifting motor. Since the timing of the operation can be adjusted by the input of a force sensor attached to the surface of the foot pad under the foot, an operation very close to an actual walking operation can be performed.

(2)エンタテイメント性の向上
コンバットシミュレータやロールプレイングゲームなどで、広い空間を自分の足で歩き回るゲームへの応用が可能である。また、ネットワークを介して装置同士を接続することで、他のプレーヤーと空間を共有することも出来、遠隔地の人たちと一緒に所望の空間を歩き回ることが出来る。
(2) Improvement of entertainment characteristics It is possible to apply to a game in which a large space is walked around with a foot in a combat simulator or a role-playing game. In addition, by connecting devices via a network, it is possible to share a space with other players and to walk around a desired space with people at remote locations.

(3)空間設計の便宜的手段を提供
住宅の間取り設計や土木建築による都市景観のシミュレータ等、自分の足で歩き回ることで直接、空間の広がりなどを確認するシステムに応用可能である。
(3) Providing Convenient Means for Spatial Design The system can be applied to a system for confirming the extent of space directly by walking around with one's feet, such as a house floor plan design or a cityscape simulator with civil engineering architecture.

本発明に係る没入歩行感覚呈示装置を実施するための最良の形態を実施例に基づき図面を参照して、以下説明する。   The best mode for carrying out the immersive walking sensation presentation device according to the present invention will be described below with reference to the drawings based on the embodiments.

図1は、本発明に係る没入歩行感覚呈示装置の全体構成を示す斜視図である。本発明に係る没入歩行感覚呈示装置1は、主に、没入ディスプレイ装置2、歩行感覚呈示装置3、及び制御装置4(図9参照)とから成る。   FIG. 1 is a perspective view showing the overall configuration of an immersive walking sensation presentation device according to the present invention. The immersive walking sensation presentation device 1 according to the present invention mainly includes an immersive display device 2, a walking sensation presentation device 3, and a control device 4 (see FIG. 9).

没入ディスプレイ装置2は、歩いている風景等の空間の様子を映し出す装置である。没入ディスプレイ装置2において投影する映像は、後記する全周映像撮影装置(全周撮影カメラ)等により撮影される実写映像、又はコンピュータグラフィックス技術(CG)により作成されCG映像である。   The immersive display device 2 is a device that projects the state of a space such as a walking landscape. The video projected on the immersive display device 2 is a real video shot by an all-around video shooting device (all-round shooting camera) described later, or a CG video created by computer graphics technology (CG).

歩行感覚呈示装置3は、脳卒中など何らかの障害によって歩行リハビリテーションや健康維持を行なうユーザ5の足を、一般的な健常者などの足の動作軌跡など任意の足の動作軌跡に沿って動かす装置である。   The walking sensation presentation device 3 is a device that moves the foot of the user 5 who performs walking rehabilitation or health maintenance due to some disorder such as a stroke along the motion trajectory of an arbitrary foot such as the motion trajectory of a normal healthy person or the like. .

さらに、必要に応じて、歩行感覚呈示装置3に、モーションキャプチャ6を付設してもよい。このモーションキャプチャ6は、ユーザの体の各部位をコンピュータグラフィックスとして、ユーザ5の体の位置姿勢を表示するための装置である。以下、本発明に係る没入歩行感覚呈示装置1における上記各装置について詳述する。   Furthermore, you may attach the motion capture 6 to the walking sense presentation apparatus 3 as needed. This motion capture 6 is a device for displaying the position and orientation of the body of the user 5 by using each part of the body of the user as computer graphics. Hereinafter, each said apparatus in the immersive walk sense presentation apparatus 1 which concerns on this invention is explained in full detail.

(没入ディスプレイ装置)
図1〜図3は、没入ディスプレイ装置2を説明する図である。没入ディスプレイ装置2は、スクリーン7と投影装置8とから構成される。投影装置8は、プロジェクタ9及び凸面鏡10を備えており、制御装置4によって制御される。
(Immersive display device)
1 to 3 are diagrams for explaining the immersive display device 2. The immersive display device 2 includes a screen 7 and a projection device 8. The projection device 8 includes a projector 9 and a convex mirror 10 and is controlled by the control device 4.

なお、本実施例の没入ディスプレイ装置2では、投影装置としてプロジェクタ9を利用する構成を説明するが、プロジェクタを利用することなく、大型液晶テレビを利用する構成であってもよい。また、プロジェクタを使用しない曲面ディスプレイ等、各種のディスプレイ装置も利用可能である。 In the immersive display device 2 of the present embodiment, a configuration in which the projector 9 is used as the projection device will be described. However, a configuration in which a large liquid crystal television is used without using the projector may be used. Various display devices such as a curved display that does not use a projector can also be used.

スクリーン7の形状は、球面が望ましいが、ユーザの視野範囲をカバーするスクリーンであれば、多面体スクリーン、円筒スクリーン等でもよい。本実施例では、スクリーン7は、図1〜図3に示すように、球体11の一部の内面から構成されるもので説明する。即ち、図2(b)に示すように、球体11の中心から垂直60度の領域外の上下の部分(想像線で示す部分)を削除し、さらに、図2(a)に示すように、球体11の後方の平面90度の部分を削除して成る湾曲状の環状体から成る。   The shape of the screen 7 is preferably a spherical surface, but may be a polyhedral screen, a cylindrical screen, or the like as long as the screen covers the visual field range of the user. In the present embodiment, the screen 7 will be described as being composed of a part of the inner surface of the sphere 11 as shown in FIGS. That is, as shown in FIG. 2 (b), the upper and lower portions (portions indicated by imaginary lines) outside the vertical 60 degree region from the center of the sphere 11 are deleted, and as shown in FIG. 2 (a), The spherical body 11 is formed of a curved annular body formed by deleting a portion of the plane 90 degrees behind the spherical body 11.

スクリーン7は、支持フレーム7’に取り付けられ、ユーザ5の顔がスクリーン7の中心とほぼ同じ高さになるように、床の上方に支持されている。スクリーン7で囲まれる内部の空間に、プロジェクタ9を配置し、スクリーン7の内面にプロジェクタ9によって映像を投影することができる。この映像は、後述する歩行感覚呈示装置3を利用して模擬的に歩行する際の足の動作軌跡に同期して動く映像である。図2(c)は、スクリーン7を、正面に対面して見た図である。   The screen 7 is attached to the support frame 7 ′, and is supported above the floor so that the face of the user 5 is almost the same height as the center of the screen 7. The projector 9 can be disposed in an internal space surrounded by the screen 7, and an image can be projected by the projector 9 on the inner surface of the screen 7. This video is a video that moves in synchronization with the motion trajectory of the foot when simulating walking using the walking sensation presentation device 3 described later. FIG.2 (c) is the figure which looked at the screen 7 facing the front.

このように、スクリーン7は、図2(a)、(c)に示すように、水平270度(後方部分の平面90度の部分が削除されている。)、そして図2(b)に示すように垂直60度の視野角を持つので、人間の視野のほとんどをカバーすることができる。   Thus, as shown in FIGS. 2 (a) and 2 (c), the screen 7 is 270 degrees horizontal (the portion of the plane 90 degrees in the rear portion has been deleted) and shown in FIG. 2 (b). Thus, it has a vertical viewing angle of 60 degrees, so that most of the human visual field can be covered.

そして、スクリーン7は、後方部分の平面90度の部分が削除され開放部分12が形成されているので、ユーザ5はこの開放部分12からスクリーン7内に容易に出入りできる。さらに、スクリーン7は、上下が十分開放されているので、投影装置8の設置のスペースが十分とれ、また、必要に応じてリハビリテーション中のユーザ5を吊るバンドやハーネス等を天井からスクリーン7で囲まれる空間内に吊り下げる等、各種の機器の設置の自由度が増す。   Since the screen 7 has a 90-degree flat portion removed from the rear portion to form an open portion 12, the user 5 can easily enter and leave the screen 7 through the open portion 12. Furthermore, since the screen 7 is sufficiently open at the top and bottom, a sufficient space for installing the projection device 8 is secured, and if necessary, a band, a harness, or the like that suspends the user 5 during rehabilitation is surrounded by the screen 7 from the ceiling. The degree of freedom of installation of various devices, such as hanging in a space, increases.

この実施例では、図1、図3(a)〜(c)に示すように、プロジェクタ9、及びプロジェクタ9の映像をスクリーン7に投影する凸面鏡10の組み合わせが、3組設けられている。3つのプロジェクタ9は、スクリーン7の平面270度の範囲内で平面周方向に等間隔で配置されている。3つのプロジェクタ9に対向して、3つの凸面鏡10がスクリーン7の平面270度の範囲内で平面周方向に等間隔で配置されている。   In this embodiment, as shown in FIG. 1 and FIGS. 3A to 3C, there are provided three combinations of the projector 9 and the convex mirror 10 that projects the image of the projector 9 onto the screen 7. The three projectors 9 are arranged at equal intervals in the plane circumferential direction within a range of 270 degrees on the plane of the screen 7. Opposite to the three projectors 9, three convex mirrors 10 are arranged at equal intervals in the plane circumferential direction within a range of 270 degrees of the plane of the screen 7.

このような構成によって、プロジェクタ9及び凸面鏡10の組み合わせ3組が、スクリーン7の3つの領域にそれぞれの実写映像を投影する。これにより、スクリーン7上に、水平270度、垂直60度の視野角を有する画面が投影され、しかもこの画面は高解像度である。そのため、ユーザ5は、スクリーン7に投影される実写映像を見ることで、現実の環境内に没入しているかのような感じを受けることが可能となる。   With such a configuration, the three combinations of the projector 9 and the convex mirror 10 project the respective real shot images on the three areas of the screen 7. As a result, a screen having a viewing angle of 270 degrees horizontally and 60 degrees vertically is projected on the screen 7, and this screen has a high resolution. Therefore, the user 5 can receive a feeling as if he / she is immersed in the actual environment by viewing the live-action image projected on the screen 7.

プロジェクタ9から投影される映像は、凸面鏡10によってゆがめられるため、あらかじめテクスチャマッピング(Texture Mapping:3次元CGにおいてモデリングされた物体の表面に、柄や模様などを張り付ける技術。)によって映像を変形させ、スクリーン7に投影された時に正しい位置に結像させる。なお、投影する映像は実写映像だけでなくCG映像やこれらを合成した映像も可能である。   Since the image projected from the projector 9 is distorted by the convex mirror 10, the image is deformed by texture mapping (texture mapping: a technique of pasting a pattern or pattern on the surface of an object modeled in 3D CG) in advance. The image is formed at the correct position when projected onto the screen 7. Note that the projected image can be not only a live-action image but also a CG image or a synthesized image thereof.

ところで、没入ディスプレイ装置で投影する実写映像は、図4に示すような全周撮影カメラ13によって撮影される。この全周撮影カメラ13は、基台14上に、例えば透明のアクリル材料で形成された円筒ケース15を取付け、その頂部に凸面鏡16を真下に向けて設け、真下にCCDカメラ17を設けて成るものである。なお、このCCDカメラ17は、無線制御の移動台車上に設けて、没入ディスプレイ装置で投影する実写映像を無線制御によって撮影する構成としてもよい。   By the way, the actual image projected by the immersive display device is photographed by the omnidirectional camera 13 as shown in FIG. This all-around photographing camera 13 has a cylindrical case 15 made of, for example, a transparent acrylic material mounted on a base 14, a convex mirror 16 is provided directly on the top, and a CCD camera 17 is provided directly below. Is. The CCD camera 17 may be provided on a wirelessly-controlled mobile carriage so that a live-action image projected by the immersive display device is captured by wireless control.

この全周撮影カメラ13によって、水平面内で全周囲(水平周方向360度)、かつ垂直約60度のビデオ映像である実写映像を撮影することが可能となる。そして、この実写映像情報をコンピュータ内に取り込み、画像処理ソフトを利用して、スクリーン7に合わせて、水平周方向270度のみの映像を抽出し、さらに水平周方向に3分割し、3つの映像情報に編集する。この3つの映像情報を3つのプロジェクタ9によってスクリーン7に投影すれば、スクリーン7上に、水平270度、垂直60度の視野角を有する画面が投影されることとなる。   The all-around photographing camera 13 can shoot a real image that is a video image of the entire circumference (360 degrees in the horizontal circumferential direction) and about 60 degrees vertically in a horizontal plane. Then, the captured video information is taken into the computer, and the image processing software is used to extract the video of only 270 degrees in the horizontal circumferential direction according to the screen 7, and further divided into three in the horizontal circumferential direction. Edit to information. When these three pieces of video information are projected onto the screen 7 by the three projectors 9, a screen having a viewing angle of 270 degrees horizontally and 60 degrees vertically is projected on the screen 7.

以上は1つのCCDカメラ17によって3つの映像情報を作成する場合であるが、3つのCCDカメラ17で3つの映像情報を予め撮影するようにし、それらを3台のプロジェクタ9でそれぞれを1つのスクリーン7に投影して合成し、水平270度、垂直60度の視野角を有する実写映像が投影されるようにしてもよい。   The above is the case where three pieces of video information are created by one CCD camera 17. Three pieces of video information are previously photographed by three CCD cameras 17, and each of them is displayed on one screen by three projectors 9. 7 may be projected and synthesized to project a live-action image having a viewing angle of 270 degrees horizontally and 60 degrees vertically.

(歩行感覚呈示装置)
図1に示すように、スクリーン7で囲まれた内側の空間に、歩行感覚呈示装置3が設置されている。図5〜図7は、歩行感覚呈示装置3を説明するための図である。図5(a)は、歩行感覚呈示装置3の全体構成を示す。歩行感覚呈示装置3は、左右一対のガイドレール18と、この左右一対のレール18を前後方向に摺動する左右一対の摺動台19と、摺動台19を駆動する左右一対のリンク機構20と、摺動台19に対して上下動可能な足載せ具21とを備えている。
(Walking sensation presentation device)
As shown in FIG. 1, a walking sensation presentation device 3 is installed in an inner space surrounded by a screen 7. 5-7 is a figure for demonstrating the walking sensation presentation apparatus 3. FIG. FIG. 5A shows the overall configuration of the walking sensation presentation device 3. The walking sensation presentation device 3 includes a pair of left and right guide rails 18, a pair of left and right sliding bases 19 that slide in the left and right pair of rails 18 in the front-rear direction, and a pair of left and right link mechanisms 20 that drive the sliding base 19. And a footrest 21 that can move up and down with respect to the sliding table 19.

摺動台19は、図5(c)に示すように、足載せ具21の下方においてガイドレール18と直交する内側方向に伸びる支持プレート19’を一体に有している。この支持プレート19’の底部には転動コロ50が設けられ、床面を転動可能走行するように構成されている。この支持プレート19’は、摺動台19及び足載せ具21が内側に倒れる方向のモーメントをおさえる支持機能を有する。   As shown in FIG. 5C, the slide table 19 integrally includes a support plate 19 ′ that extends in an inner direction perpendicular to the guide rail 18 below the footrest 21. A rolling roller 50 is provided at the bottom of the support plate 19 'so that it can roll on the floor surface. The support plate 19 ′ has a support function of suppressing a moment in a direction in which the slide base 19 and the footrest 21 are tilted inward.

リンク機構20は、図5(a)、図6(a)に示すように、それぞれの先端が互いに枢着軸22で枢着された駆動リンク23と従動リンク24とを備えている。従動リンク24の基端は、摺動台19に枢着されている。   As shown in FIGS. 5A and 6A, the link mechanism 20 includes a drive link 23 and a driven link 24 that are pivotally attached to each other by a pivot shaft 22. The base end of the driven link 24 is pivotally attached to the slide base 19.

駆動リンク23の基端に固定された駆動軸25は、リンク駆動モータ26によって適宜、減速機構(図示せず)を介して回転駆動するように構成されている。これによって、駆動リンク23が駆動軸25の軸心を中心にして回転(正転及び逆転)する。この結果、従動リンク24を介して摺動台19をガイドレール18の前後長手方向に摺動する。   The drive shaft 25 fixed to the base end of the drive link 23 is configured to be rotationally driven by a link drive motor 26 through a speed reduction mechanism (not shown) as appropriate. As a result, the drive link 23 rotates (forward and reverse) about the axis of the drive shaft 25. As a result, the slide 19 is slid in the longitudinal direction of the guide rail 18 via the driven link 24.

なお、図示はしないが、リンク駆動モータ26によってクランク軸を回転させて、このクランク軸に駆動リンク23の基端を枢着することで、リンク機構20の往復動作を可能とする構成としてもよい。   Although not shown, the link drive motor 26 may rotate the crankshaft, and the base end of the drive link 23 may be pivotally attached to the crankshaft so that the link mechanism 20 can reciprocate. .

摺動台19は、その上に足載せ具21を昇降させる昇降機構27が設けられている。この昇降機構27は、図5(a)〜(c)、図6(a)に示すように、摺動台19の上面に起立した支柱28と、この支柱28の上端に設けた昇降モータ29と、支柱28に沿って設けられ軸心を中心に回転する螺軸30とを有する。   The slide table 19 is provided with an elevating mechanism 27 for elevating the footrest 21. As shown in FIGS. 5 (a) to 5 (c) and FIG. 6 (a), the elevating mechanism 27 includes a support column 28 erected on the upper surface of the sliding table 19 and an elevating motor 29 provided at the upper end of the support column 28. And a screw shaft 30 that is provided along the support column 28 and rotates about an axis.

昇降モータ29は、昇降機構27のアクチュエータとして機能する。図5(c)に示すように、足載せ具21は、その支持基部31が支柱28に対して昇降可能に摺動するとともに、螺軸30と螺合している。従って、昇降モータ26が駆動し螺軸30が回転すると足載せ具21は昇降動作する。   The lifting motor 29 functions as an actuator for the lifting mechanism 27. As shown in FIG. 5C, the footrest 21 has a support base 31 that slides up and down with respect to the column 28 and is screwed with the screw shaft 30. Accordingly, when the lifting motor 26 is driven and the screw shaft 30 rotates, the footrest 21 moves up and down.

足載せ具21は、リンク機構20によるガイドレール18に沿った前後方向への移動と、昇降機構27による昇降とによって、人の足の動作軌跡と同じような軌跡で、足載せ具21を移動することができる。健常者の足の動作軌跡に模した足載せ具21の動作軌跡を図6(b)の表において示す。図6(b)の表において、右方向(横軸に沿って右方向)が歩いて前進する方向に対応する。縦軸は高さ方向に対応する。   The footrest 21 moves the footrest 21 along a trajectory similar to the movement trajectory of the human foot by moving in the front-rear direction along the guide rail 18 by the link mechanism 20 and by moving up and down by the elevating mechanism 27. can do. The motion trajectory of the footrest 21 simulating the motion trajectory of a healthy person's foot is shown in the table of FIG. In the table of FIG. 6B, the right direction (right direction along the horizontal axis) corresponds to the direction of walking forward. The vertical axis corresponds to the height direction.

図7(a)、(b)に示すように、足載せ具21は、支持基部31に固定して取り付けられた固定基板32を備え、この基板32に踵上げ機構33が設けられている。踵上げ機構33は、基板32の内側の上面には踵上げモータ34及び減速機構35が設けられ、基板32の外側の上面には傾動中間板36が設けられている。踵上げモータ34は、踵上げ機構33のアクチュエータとして機能する。   As shown in FIGS. 7A and 7B, the footrest 21 includes a fixed substrate 32 fixedly attached to the support base 31, and the substrate 32 is provided with a lifting mechanism 33. In the lifting mechanism 33, a lifting motor 34 and a speed reduction mechanism 35 are provided on the inner upper surface of the substrate 32, and a tilting intermediate plate 36 is provided on the outer upper surface of the substrate 32. The hoisting motor 34 functions as an actuator for the hoisting mechanism 33.

基板32の前部に設けられた回転軸37に傾動中間板36の前縁部が固定部材38によって固定されている。この回転軸37は、踵上げモータ34によって減速機構35を介して回動し、これによって、傾動中間板36は、回転軸37とともにその前縁を中心に後縁が持ち上がるように傾動する。   A front edge portion of the tilting intermediate plate 36 is fixed to a rotating shaft 37 provided at the front portion of the substrate 32 by a fixing member 38. The rotary shaft 37 is rotated by the lifting motor 34 via the speed reduction mechanism 35, whereby the tilting intermediate plate 36 is tilted together with the rotary shaft 37 so that the rear edge is lifted around the front edge.

図7に示す踵上げ機構33は、傾動中間板36の概念を分かりやすく説明するために、傾動中間板36の回転中心である回転軸37と、ユーザの足との関係については明確に示していない。結論的には、傾動中間板36の回転軸37は、ユーザの足の指の先端の位置よりも足の親指付け根あたりの位置に設置する構成であると、スムースな踵上げが可能となり、足の締め具のずれも少なくなる。   In order to explain the concept of the tilting intermediate plate 36 in an easy-to-understand manner, the lifting mechanism 33 shown in FIG. 7 clearly shows the relationship between the rotation shaft 37 that is the rotation center of the tilting intermediate plate 36 and the user's foot. Absent. In conclusion, if the rotation shaft 37 of the tilting intermediate plate 36 is installed at a position near the base of the thumb of the foot rather than the position of the tip of the toe of the user, it is possible to raise the foot smoothly. The displacement of the fastener is also reduced.

このような傾動中間板36と回転軸37の設置位置について、図8を参照して以下に説明する。ここでは、傾動中間板36の動きを説明するためにフットパッド39を省略する。足の指から付け根までの部分(足の前部51)と、足の指の付け根から踵までの部分(足の後部52)が、関節(模式的に回転軸37で示す。)を中心回転可能である。この状態を、図8(a)、(b)によって模式的に示し、図8(a)の状態から、歩行の際に踵上げする時には、図8(b)のように回転軸3を中心に回転する。   The installation positions of the tilting intermediate plate 36 and the rotating shaft 37 will be described below with reference to FIG. Here, the foot pad 39 is omitted in order to explain the movement of the tilting intermediate plate 36. The part from the toe to the base (front part 51 of the foot) and the part from the base of the toe to the heel (rear part 52 of the foot) rotate around the joint (schematically indicated by the rotation axis 37). Is possible. This state is schematically shown in FIGS. 8 (a) and 8 (b). When lifting from the state of FIG. 8 (a) during walking, the rotating shaft 3 is centered as shown in FIG. 8 (b). Rotate to.

このような踵上げ動作に対して、図8(c)、(d)に示すように、傾動中間板36が足の指の先端側に回転可能に基板32に枢着されていると、図8(d)に示すように、傾動中間板36が足裏に十分追従できず、足に余分な負担がかかるとともに、締め具53が足の甲に対してずれてしまう等の問題が生じる。   With respect to such a lifting operation, as shown in FIGS. 8C and 8D, when the tilting intermediate plate 36 is pivotally attached to the substrate 32 so as to be rotatable toward the tip of the toe, As shown in FIG. 8 (d), the tilting intermediate plate 36 cannot sufficiently follow the sole of the foot, causing an extra burden on the foot and causing problems such as the fastener 53 being displaced with respect to the instep.

そこで、図8(e)、(f)に示すように、指の付け根の関節の位置に回転軸37を取り付け、この回転軸37を中心に傾動中間板36を基板32に対して回転可能とする構成にすると、図8(f)に示すように、傾動中間板36が足裏にぴったり合うように回転して足の動きに応答できるので、足に余分な力がかからず、また締め具53が足の甲に対してずれてしまう等の問題も防止できる。   Therefore, as shown in FIGS. 8E and 8F, a rotating shaft 37 is attached to the position of the joint at the base of the finger, and the tilting intermediate plate 36 can be rotated with respect to the substrate 32 around the rotating shaft 37. In this configuration, as shown in FIG. 8 (f), the tilting intermediate plate 36 can rotate to fit the sole and respond to the movement of the foot, so that no extra force is applied to the foot and tightening is performed. Problems such as the tool 53 being displaced with respect to the instep can also be prevented.

図7(b)に示すように、傾動中間板36の後縁部にフットパッド39の後縁部がヒンジ40によって枢着されおり、フットパッド39は、傾動中間板36に対して上縁部が持ち上がる方向に回動可能である。従って、フットパッド39にユーザ5の足を載置すると、踵上げモータ34により傾動中間板36の傾動で踵が持ち上がるとともに、つま先も拘束されることなく自由に上方に動くことができる。   As shown in FIG. 7B, the rear edge portion of the foot pad 39 is pivotally attached to the rear edge portion of the tilting intermediate plate 36 by the hinge 40, and the foot pad 39 is the upper edge portion with respect to the tilting intermediate plate 36. Can be pivoted in the lifting direction. Therefore, when the user's 5 foot is placed on the foot pad 39, the heel is lifted by the tilting of the tilting intermediate plate 36 by the heel lifting motor 34, and the toes can be freely moved upward without being constrained.

さらに、左右一対のフットパッド39の表面には、図5(c)に示すように、それぞれ力センサ41(例えば、ストレインゲージ、ロードセル、圧電素子等)が付設されている。この力センサ41による検出出力が、後記する制御装置4(コンピュータ)に入力され、左右のフットパッド39の力センサ41の検出出力から、左右の足に加わる体重の差を検出することが出来る。なお、フットパッド39には足を固定する締め具53を設けることで、ユーザ5は、足載せ具21から足が外れないようにすることができる。   Furthermore, as shown in FIG. 5C, force sensors 41 (for example, strain gauges, load cells, piezoelectric elements, etc.) are attached to the surfaces of the pair of left and right foot pads 39, respectively. The detection output by the force sensor 41 is input to the control device 4 (computer) described later, and the difference in weight applied to the left and right feet can be detected from the detection output of the force sensor 41 of the left and right foot pads 39. In addition, the user 5 can prevent the foot from being removed from the footrest 21 by providing the footpad 39 with the fastener 53 for fixing the foot.

図1及び図5(a)に示すように、スクリーン7の内側の位置に手摺りフレーム42が設けられている。ユーザ5が、没入歩行感覚呈示装置1を使用する際に、左右一対のフットパッド39に足を載せて載置するが、手摺りフレーム42を把持しながら行えば、上半身は安定して保持することができる。   As shown in FIGS. 1 and 5A, a handrail frame 42 is provided at a position inside the screen 7. When the user 5 uses the immersive walking sensation presentation device 1, the user 5 puts his / her feet on the pair of left and right foot pads 39, but the upper body can be stably held by holding the handrail frame 42. be able to.

(モーションキャプチャ)
モーションキャプチャ6は、ユーザ5の体の各部位の位置をリアルタイムに計測し、その計測結果を、コンピュータを利用した制御装置4に転送し、制御装置4においてコンピュータグラフィックスとして、ユーザ5の体の位置姿勢を表示する装置である。具体的には、モーションキャプチャ6で計測された各部位の位置の信号に基づき、制御装置4において、没入ディスプレイ用描画ソフトに従って描画する構成である
(Motion capture)
The motion capture 6 measures the position of each part of the body of the user 5 in real time, and transfers the measurement result to the control device 4 using a computer. It is a device that displays the position and orientation. Specifically, the control device 4 performs drawing according to the drawing software for the immersive display based on the position signal of each part measured by the motion capture 6.

これは、歩行訓練中に体が傾いていることをユーザ5に分りやすく見せたり、鏡とは異なって任意の視点から眺めた自分の体の動きをさせることで、正しい動きを訓練する補助的な役割を果たす。モーションキャプチャ6は、図1(a)に示すように、歩行感覚呈示装置3の背後に設置されており、その計測は、ユーザ5の体にマーカ(反射マーカ、カラーマーカ等)を取り付け、その動きをユーザ5の背後からビデオカメラ(複数台のカメラが好ましい。)で撮影して計測することで行う。反射マーカを利用する場合は、カメラの方向からライトでユーザに光を照射することが好ましい。   This is useful for training the correct movement by showing to the user 5 that the body is tilted during walking training, or by allowing the user to move his / her body from an arbitrary viewpoint, unlike a mirror. Play an important role. As shown in FIG. 1A, the motion capture 6 is installed behind the walking sensation presentation device 3, and the measurement is performed by attaching a marker (a reflective marker, a color marker, etc.) to the body of the user 5, The movement is performed by photographing and measuring from behind the user 5 with a video camera (preferably a plurality of cameras). When using a reflective marker, it is preferable to irradiate the user with light from the direction of the camera.

カメラで撮影した画像は、制御装置4(コンピュータ)(図9参照)にセットされた画像入力ボード(図示せず)によりに取り込まれる。制御装置4には、そのメモリ46に3次元座標計測ソフトが搭載されており、制御装置4に取り込まれた画像から、マーカを自動計測し、3次元座標値を求めることができる。3次元解析ソフトをメモリ46内に搭載しておけば、3次元座標値から、計測点の速度や距離等のデータを算出することが可能となる。   An image captured by the camera is captured by an image input board (not shown) set in the control device 4 (computer) (see FIG. 9). The control device 4 has three-dimensional coordinate measurement software installed in the memory 46, and can automatically measure a marker from an image captured in the control device 4 to obtain a three-dimensional coordinate value. If three-dimensional analysis software is installed in the memory 46, data such as the speed and distance of the measurement point can be calculated from the three-dimensional coordinate values.

(制御装置)
図9は、本発明の没入歩行感覚呈示装置1の制御装置4を説明する図である。この制御装置4は、コンピュータを利用するものであり、通常のコンピュータと同様、データバス43で接続された、入力部44、CPU45、メモリ46、記憶装置47、及び出力部48等を備えている。入力部44及び出力部48をインターネットに接続してもよい。
(Control device)
FIG. 9 is a diagram illustrating the control device 4 of the immersive walking sensation presentation device 1 according to the present invention. The control device 4 uses a computer and includes an input unit 44, a CPU 45, a memory 46, a storage device 47, an output unit 48, and the like connected by a data bus 43 as in a normal computer. . The input unit 44 and the output unit 48 may be connected to the Internet.

制御装置4の入力部44には、入力手段49(キーボード等)、フットパッド39の力センサ41、モーションキャプチャ6、CCDカメラ17等が接続されている。出力部48には、モータ制御装置50、投影装置8(プロジェクタ9)等が接続されている。モータ制御装置50には、リンク駆動モータ26、昇降モータ29及び踵上げモータ34が接続されており、制御装置4からの制御信号を受けて、3つのモータ26、29、34のそれぞれの始動、停止、回転速度等の動作を制御する。   An input unit 49 (keyboard or the like), a force sensor 41 of the foot pad 39, a motion capture 6, a CCD camera 17 or the like is connected to the input unit 44 of the control device 4. The output unit 48 is connected to a motor control device 50, a projection device 8 (projector 9), and the like. A link drive motor 26, a lifting motor 29, and a lifting motor 34 are connected to the motor control device 50. Upon receiving a control signal from the control device 4, each of the three motors 26, 29, 34 is started, Controls operations such as stop and rotation speed.

メモリ46には、没入歩行感覚呈示装置1を動作させるための歩行感覚呈示ソフトが搭載されている。この歩行感覚呈示ソフトは、リンク駆動モータ26、昇降モータ29及び踵上げモータ34の動作について、いくつかの動作パターンを提供する。   The memory 46 is loaded with walking sensation presentation software for operating the immersive walking sensation presentation apparatus 1. This walking sensation presentation software provides several operation patterns for the operations of the link drive motor 26, the lift motor 29 and the lifting motor 34.

さらに、この歩行感覚呈示ソフトに従って、制御装置4は、力センサ41、モーションキャプチャ6等の入力信号に応じて、その出力部48から制御出力信号をモータ制御装置50に送り、リンク駆動モータ26、昇降モータ29及び踵上げモータ34をそれぞれ動作させ、さらに、歩行感覚呈示装置3の動作状態に対応して没入ディスプレイ装置2の動作を制御することができる。即ち、プロジェクタ9は、ユーザ5が歩行感覚呈示装置3を利用して模擬的に歩行する際の、足の動作軌跡に同期して動く映像を、スクリーン7に投影する。   Further, according to the walking sensation presentation software, the control device 4 sends a control output signal from its output unit 48 to the motor control device 50 in response to input signals from the force sensor 41, motion capture 6, etc., and the link drive motor 26, The elevating motor 29 and the lifting motor 34 can be operated, and the operation of the immersive display device 2 can be controlled in accordance with the operating state of the walking sensation presentation device 3. That is, the projector 9 projects an image on the screen 7 that moves in synchronization with the motion trajectory of the foot when the user 5 walks in a simulated manner using the walking sensation presentation device 3.

(作用)
実施例の没入歩行感覚呈示装置1の具体的な動作について説明する。没入ディスプレイ装置2によって、街角や田園の風景等の実環境の実写映像がスクリーン7に映し出される。そして、この映像は、人が実環境を歩くと、この歩行に同期して変化する。このような映像に合わせて、ユーザ5は、歩行感覚呈示装置3によって歩行動作を行うことができる。
(Function)
A specific operation of the immersive walking sensation presentation device 1 according to the embodiment will be described. The immersive display device 2 displays on the screen 7 a live-action image of a real environment such as a street corner or a rural landscape. And when this person walks in a real environment, this image changes in synchronization with this walking. In accordance with such an image, the user 5 can perform a walking motion with the walking sensation presentation device 3.

例えば、入力手段49によって、通常の健常者の歩行パターンが選択されている場合について説明する。健常者の歩行パターンが選択されていると、歩行感覚呈示ソフトに従って、制御装置4は、次のような健常者の歩行パターン動作を行うように、制御動作が実行される。   For example, the case where the normal healthy person's walking pattern is selected by the input means 49 is demonstrated. When the walking pattern of the healthy person is selected, the control device 4 executes the control operation so as to perform the following walking pattern operation of the healthy person according to the walking sensation presentation software.

ユーザ5が左右の足載せ具21に足を載せて歩行動作をする場合、左右の足のフットパッド39の前後方向への移動は、それぞれリンク駆動モータ26が正転(前進)又は逆転(後退)で生じる。そして、左右の足のフットパッド39の昇降は、それぞれ昇降モータ29の正転(前進)又は逆転(後退)で生じる。これらフットパッド39の前後移動及び昇降によって、足載せ具21は左右の足の通常の動作軌跡に沿って移動し、ユーザ5は左右のフットパッド39に足を載せていると、自然に、歩行動作が行えることとなる。   When the user 5 puts his / her feet on the left / right footrests 21 and performs a walking motion, the link drive motor 26 rotates forward (forward) or reversely (reverses) in each of the left and right foot foot pads 39 in the front-rear direction. ). And the raising / lowering of the foot pads 39 of the left and right feet is caused by the forward rotation (forward movement) or the reverse rotation (backward movement) of the lifting motor 29, respectively. When the foot pad 39 moves back and forth and moves up and down, the footrest 21 moves along the normal movement trajectory of the left and right feet, and when the user 5 puts his / her feet on the left and right footpads 39, he / she walks naturally. The operation can be performed.

この場合、リンク駆動モータ26及び昇降モータ29の動作のタイミングは次のように行われる。踏み出す足(後足)と反対側の足(前足)が着地している(フットパットの最下位の位置に着いている)時であって、力センサ41で計測された前足に加わっている力が、後足よりもある程度大きくなった時に、後足が載っているフットパッド39側のリンク駆動モータ26及び昇降モータ29を動作させて、後足のフットパッド39を前進かつ上昇させる。同時に、前足のフットパッド39側の駆動モータを動作させて、後退させる。   In this case, the operation timing of the link drive motor 26 and the lifting motor 29 is performed as follows. The force applied to the forefoot measured by the force sensor 41 when the foot on which the foot is stepped on (the back foot) and the foot on the opposite side (the forefoot) are landing (at the lowest position of the foot pad) However, when it becomes somewhat larger than the rear foot, the link drive motor 26 and the lifting motor 29 on the side of the foot pad 39 on which the rear foot is placed are operated to advance and raise the foot pad 39 of the rear foot. At the same time, the drive motor on the front foot pad 39 side is operated to move it backward.

このような制御動作を繰り返すことで、ユーザ5は歩き続けることが出来る。図6(b)に呈示する軌跡は、健常者の足の動作軌跡を元に作成フットパッド39の移動軌跡である。また、両足の力を均等にすることで立ち止まることも出来る。   By repeating such a control operation, the user 5 can continue walking. The trajectory presented in FIG. 6B is the movement trajectory of the created foot pad 39 based on the motion trajectory of the healthy person's foot. You can also stop by equalizing the strength of both feet.

入力手段49によって、この移動軌跡の上下のスケールおよび周期を変更入力すると、歩行感覚呈示ソフトは、これらの入力信号に応じて、足の動作軌跡の修正された歩行制御信号を出力部48からモータ制御装置50に出力し、足の動作軌跡を変えて、ユーザ5への負荷をコントロールすることができる。なお、軌跡データは本人の歩行データに基づき、基本となる健常者の歩行パターンを修正した歩行パターン等、各種のバリエーションが選択可能である。   When the upper and lower scales and period of this movement trajectory are changed and input by the input means 49, the walking sensation presentation software receives a walking control signal with the corrected foot movement trajectory from the output unit 48 in accordance with these input signals. The load to the user 5 can be controlled by outputting to the control device 50 and changing the motion trajectory of the foot. The locus data can be selected from various variations such as a walking pattern obtained by correcting a basic healthy person's walking pattern based on the walking data of the person.

通常の歩行動作において、踏み出す足(後足)が踏み出す際には、踵がつま先に対して持ち上がる。これに対して、本発明に係る歩行感覚呈示装置3の足載せ具21では、踵上げ機構33によって傾動中間板36及びフットパッド39が、踵上げモータ34により回転軸37とともに回動して、後縁部が持ち上がり傾動するので、踵やアキレス腱に負担がかからず、通常の歩行動作と同様の歩行動作を行うことができる。   In a normal walking motion, when the foot to be stepped on (the back foot) steps, the heel is lifted with respect to the toes. In contrast, in the footrest 21 of the walking sensation presentation device 3 according to the present invention, the tilting intermediate plate 36 and the foot pad 39 are rotated together with the rotating shaft 37 by the lifting mechanism 34 by the lifting mechanism 33, Since the rear edge is lifted and tilted, the heel and the Achilles tendon are not burdened, and a walking motion similar to a normal walking motion can be performed.

この踵上げ機構33によって傾動中間板36を傾動する動作は、上記のように、踏み出す足(後足)と反対側の足(前足)が着地している(フットパッドの最下位の位置に着いている)時であって、力センサ41で計測された前足に加わっている力が、後足よりもある程度大きくなった時、要するに、踏み出し動作を検出したときに、制御装置4において、傾動中間板36を傾動させる傾動信号をモータ制御装置50に出力して、踵上げモータ34を回転始動して、傾動中間板36及びフットパッド39を傾動するようにすればよい。   As described above, the tilting intermediate plate 36 is tilted by the lifting mechanism 33 when the foot (front foot) on the opposite side of the foot to be stepped on (the rear foot) is landed (landing at the lowest position of the foot pad). When the force applied to the forefoot measured by the force sensor 41 is somewhat larger than that of the rear foot, in other words, when the stepping motion is detected, A tilt signal for tilting the plate 36 may be output to the motor control device 50 to start rotation of the lifting motor 34 so that the tilt intermediate plate 36 and the foot pad 39 are tilted.

そして、通常の歩行動作において、足を前に出した時には、つま先が少し上がる。本発明に係る歩行感覚呈示装置3の足載せ具21では、傾動中間板36に対してフットパッド39の後縁部が枢着されているので、足を前に出した時につま先が少し上がることに連動してフットパッド39の前縁部が持ち上がるので、つま先が少し上がった状態になっても足首を痛めることが防止される。   In normal walking motion, when the foot is put forward, the toes are slightly raised. In the footrest 21 of the walking sensation presentation device 3 according to the present invention, the rear edge portion of the foot pad 39 is pivotally attached to the tilting intermediate plate 36, so that the toe slightly rises when the foot is put forward. Since the front edge of the foot pad 39 is lifted in conjunction with the movement of the foot pad 39, it is possible to prevent the ankle from being damaged even if the toes are slightly raised.

このようにつま先が上がる場合に、傾動中間板36に対してフットパッド39の前縁部が持ち上がる構成は、単に傾動中間板36に対してフットパッド39を枢着して足のつま先の動きに沿うような構成としてもよいが、さらにアクチュエータ(モータ駆動)により積極的に傾動中間板36に対してフットパッド39を可動する構成としてもよい。   In this way, when the toes are raised, the front edge of the foot pad 39 is lifted with respect to the tilting intermediate plate 36. The foot pad 39 is pivotally attached to the tilting intermediate plate 36 so that the toe moves. However, the foot pad 39 may be moved positively with respect to the tilting intermediate plate 36 by an actuator (motor drive).

前記のように、踏み出す足(後足)と反対側の足(前足)が着地している(フットパットの最下位の位置に着いている)時であって、力センサ41で計測された前足に加わっている力が、後足よりもある程度大きくなった時、要するに、踏み出し動作の検出の度、その検出信号をコンピュータに入力する。   As described above, the forefoot measured by the force sensor 41 when the foot (the back foot) to be stepped on and the foot (the front foot) on the opposite side of the foot is landing (at the lowest position of the foot pad) In other words, when the force applied to is increased to some extent than the hind legs, in short, every time the stepping motion is detected, the detection signal is input to the computer.

この検出の回数を単位時間あたり算出する。実際は、例えば、3回程度の各回の検出の時間間隔の平均値でその瞬間における単位時間あたり算出する。そして、これと、予め制御装置4(コンピュータ)に入力し記憶させておいたそのユーザ5の歩幅とから、制御装置4でその歩行速度が算出される。   The number of detections is calculated per unit time. Actually, for example, the average value of the time intervals of each detection of about three times is calculated per unit time at that moment. Then, the walking speed of the user 5 is calculated by the control device 4 from this and the stride of the user 5 that has been previously input and stored in the control device 4 (computer).

或いは、モーションキャプチャ6で足の動き、例えば、後ろ足が踏み出す動作を検出し、その検出信号を制御装置4(コンピュータ)に入力する。そして、その単位時間当たりの検出回数と、予め制御装置4に入力し記憶させておいたそのユーザ5の歩幅に基づいて、制御装置4でそのユーザ5の歩行速度が算出される構成としてもよい。   Alternatively, the motion capture 6 detects the movement of the foot, for example, the movement of the rear foot, and inputs the detection signal to the control device 4 (computer). And it is good also as a structure by which the walking speed of the user 5 is calculated by the control apparatus 4 based on the detection frequency per unit time and the stride of the user 5 previously inputted and stored in the control apparatus 4. .

いずれにしろ、ユーザ5の歩行感覚呈示装置3における歩行速度に応じて(同期して)、没入ディスプレイ装置2で映像を投影する速度を変え、実写映像上の風景等が変化する速度を変える。即ち、プロジェクタ9は、ユーザ5が歩行感覚呈示装置3を利用して模擬的に歩行する際の、足の動作軌跡に同期して動く映像を、スクリーン7に投影する。これにより、あたかも、街角や田園等の実環境内を、自分の足の速度で歩いているような没入歩行感覚を得ることができる。   In any case, the speed at which the image is projected by the immersive display device 2 is changed according to the walking speed in the walking sensation presentation device 3 of the user 5, and the speed at which the scenery on the live-action video is changed is changed. That is, the projector 9 projects an image on the screen 7 that moves in synchronization with the motion trajectory of the foot when the user 5 walks in a simulated manner using the walking sensation presentation device 3. As a result, it is possible to obtain an immersive walking sensation as if walking at the speed of one's feet in a real environment such as a street corner or countryside.

以上、本発明に係る|没入歩行感覚呈示装置を実施するための最良の形態を実施例に基づいて説明したが、本発明はこのような実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された技術的事項の範囲内でいろいろな実施例があることは言うまでもない。   The best mode for carrying out the immersive walking sensation presentation device according to the present invention has been described based on the embodiments. However, the present invention is not limited to such embodiments, and It goes without saying that there are various embodiments within the scope of the technical matters described in.

本発明に係る没入歩行感覚呈示装置は、上記のような構成であり、呈示する映像上の風景等の環境を任意に変更できるので、様々な産業上の分野に応用可能である。その代表的なものとしては以下のものがある。   The immersive walking sensation presentation apparatus according to the present invention has the above-described configuration, and can arbitrarily change the environment such as a landscape on the presented video, and thus can be applied to various industrial fields. Typical examples include the following.

(1)リハビリテーションおよび健康の維持、増進
自分の住んでいる町やなかなかいけない揚所を健常者と同じように自分の足で歩いたような感覚を得ながら、自然にリハビリテーションが行える。健常者についても本装置で運動を行なうことで、健康の維持、増進が計れる。また、平地だけでなく、階段などの凹凸のある地形を歩く訓練にも適用可能である。
(1) Rehabilitation, health maintenance, and promotion Rehabilitation can be performed naturally while getting the feeling of walking in your own town or a terrible lift at your feet, just like normal people. Healthy people can also maintain and improve their health by exercising with this device. Moreover, it is applicable not only to the flat ground but also to training walking on uneven terrain such as stairs.

本発明に係る没入歩行感覚呈示装置のポイントとしては、従来の足の関節にリンクを付けるロボットリハビリテーションシステムと異なり、足以外は拘束されないため、腰の回旋など歩行に重要な訓練および理学療法士の介入が可能な点が挙げられる。また、ネットワークを介して装置同士を接続することで、遠隔地の人たちと一緒にある空間を歩き回ることも出来る。   Unlike the conventional robot rehabilitation system that links to the joints of the foot, the point of the immersive walking sensation presentation device according to the present invention is not restrained except for the foot. The point where intervention is possible is mentioned. In addition, by connecting devices via a network, it is possible to walk around in a space with people at remote locations.

(3)エンタテイメント
コンバットシミュレータやロールプレイングゲームなどで、広い空間を自分の足で歩き回るゲームへの応用が可能である。ネットワークを介して他のプレーヤーと空間を共有することも出来る。
(3) Entertainment Applications such as combat simulators and role-playing games can be applied to games where people walk around a wide space with their feet. You can also share space with other players over the network.

(3)空間設計
住宅の間取り設計や土木建築による都市景観のシミュレータなど、自分の足で歩き回ることで直接空間の広がりなどを確認するシステムにも応用可能である。
(3) Spatial design It can also be applied to systems that confirm the expanse of space directly by walking around with your feet, such as a floor plan design of a house or a cityscape simulator with civil engineering architecture.

本発明の没入歩行感覚呈示装置の実施例の全体構成を説明する斜視図である。It is a perspective view explaining the whole structure of the Example of the immersive walk sense presentation apparatus of this invention. 本発明の実施例のスクリーンを示し、(a)は平面図、(b)は側面図、(c)は正面図を示す。The screen of the Example of this invention is shown, (a) is a top view, (b) is a side view, (c) shows a front view. 本発明の実施例の投影装置の配置状況を説明する図であり、(a)は平面図、(b)は側面図、(c)は正面図を示す。It is a figure explaining the arrangement | positioning condition of the projector of the Example of this invention, (a) is a top view, (b) is a side view, (c) shows a front view. 本発明の実施例で投影する実写映像を取得するための全周カメラの構成を説明する図である。It is a figure explaining the structure of the perimeter camera for acquiring the real image | video projected in the Example of this invention. 本発明の実施例の歩行感覚呈示装置を説明する図であり、(a)は側方から見た全体斜視図、(b)は背後から見た正面図、(c)は(b)の要部拡大図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a figure explaining the walking sensation presentation apparatus of the Example of this invention, (a) is the whole perspective view seen from the side, (b) is the front view seen from back, (c) is the principal of (b). FIG. 本発明の実施例の歩行感覚呈示装置を説明する図であり、(a)はそのリンク機構及び昇降機構の側面を模式的に示す図であり、(b)は足載せ具の移動軌跡を説明する図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a figure explaining the walking sense presentation apparatus of the Example of this invention, (a) is a figure which shows typically the side surface of the link mechanism and the raising / lowering mechanism, (b) demonstrates the movement locus | trajectory of a footrest. It is a figure to do. 本発明の実施例の歩行感覚呈示装置における踵上げ機構を説明する図であり、(a)は踵上げ機構が動作していない状態を示し、(b)は踵上げ機構が動作している状態のフットパッド等の状態を示す。It is a figure explaining the lifting mechanism in the walking sensation presentation apparatus of the Example of this invention, (a) shows the state where the lifting mechanism is not operating, (b) shows the state where the lifting mechanism is operating The state of the foot pad etc. is shown. 本発明の実施例の歩行感覚呈示装置における踵上げ機構の傾動中間板の回転軸の設置位置を説明する図である。It is a figure explaining the installation position of the rotating shaft of the tilting intermediate | middle board of the lifting mechanism in the walking sensation presentation apparatus of the Example of this invention. 本発明の実施例の制御装置を説明する図である。It is a figure explaining the control apparatus of the Example of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 没入歩行感覚呈示装置
2 没入ディスプレイ装置
3 歩行感覚呈示装置
4 制御装置
5 ユーザ(使用者)
6 モーションキャプチャ
7 スクリーン
7’支持フレーム
8 投影装置
9 プロジェクタ
10 凸面鏡
11 球体
12 スクリーンの後方開放部分
13 全周撮影カメラ
14 基台
15 円筒
16 凸面鏡
17 CCDカメラ
18 ガイドレール
19 摺動台
20 リンク機構
21 足載せ具
22 駆動リンクと従動リンクの枢着軸
23 駆動リンク
24 従動リンク
25 駆動リンクの駆動軸
26 リンク駆動モータ
27 昇降機構
28 支柱
29 昇降モータ
30 螺軸
31 支持基部
32 基板
33 踵上げ機構
34 踵上げモータ
35 減速機構
36 傾動中間板
37 回転軸
38 固定部材
39 フットパッド
40 ヒンジ
41 力センサ
42 手摺りフレーム
43 データバス
44 入力部
45 CPU
46 メモリ
47 記憶装置
48 出力部
49 入力手段
50 モータ制御装置
51 足の前部
52 足の後部
53 締め具
1 Immersive walking sensation presentation device
2 Immersive display device
3 walking sensation presentation device
4 Control device
5 users (users)
6 Motion capture
7 screen 7 'support frame
8 Projector
9 Projector
10 Convex mirror
11 Sphere
12 Rear open part of screen
13 All-round camera
14 base
15 cylinder
16 Convex mirror
17 CCD camera
18 Guide rail
19 Slide table
20 Link mechanism
21 Foot rest
22 Pivoting shaft of drive link and driven link
23 Drive link
24 Followed links
25 Drive link drive shaft
26 Link drive motor
27 Lifting mechanism
28 props
29 Lifting motor
30 Screw shaft
31 Support base
32 substrates
33 Hoisting mechanism
34 Hoisting motor
35 Deceleration mechanism
36 Tilt intermediate plate
37 axis of rotation
38 Fixing member
39 Footpad
40 Hinge
41 Force sensor
42 Handrail frame
43 Data bus
44 Input section
45 CPU
46 memory
47 Storage device
48 Output section
49 Input means
50 Motor control device 51 Front part of foot 52 Rear part of foot 53 Fastener

Claims (7)

没入ディスプレイと、該没入ディスプレイで囲まれた空間に歩行感覚呈示装置を配置し組み合わせて成る没入歩行感覚呈示装置であって、
前記没入ディスプレイは、ユーザの視野範囲をカバーするスクリーンと、該スクリーンに映像を投影する投影装置とを備え、
前記歩行感覚呈示装置は、ユーザの足に対して足の動作軌跡を呈示し、
前記投影装置は、前記歩行感覚呈示装置を利用して模擬的に歩行する際の前記足の動作軌跡に同期して動く映像を、前記没入ディスプレイに投影し、
ユーザが、その場にいながら、前記映像の空間を視覚及び体に受ける感覚を通して、模擬的な歩行体験を可能とすることを特徴とする没入歩行感覚呈示装置。
An immersive walking sensation display device comprising an immersive display and a walking sensation presentation device arranged and combined in a space surrounded by the immersive display,
The immersive display includes a screen that covers a user's visual field range, and a projection device that projects an image on the screen.
The walking sensation presentation device presents a motion trajectory of a foot with respect to a user's foot,
The projection device projects an image that moves in synchronization with the motion trajectory of the foot when simulating walking using the walking sensation presentation device onto the immersive display,
An immersive walking sensation presentation apparatus characterized in that a user can experience a simulated walking experience through a sense that the user feels the space of the video and the body while being at the place.
前記歩行感覚呈示装置は、足裏を置くフットパッドを有する足載せ具を備えており、該足載せ具は、前後及び上下方向に可動して足の歩行動作軌跡に沿って移動するとともに、足の歩行動作軌跡をコントロールすることができることを特徴とする請求項1に記載の没入歩行感覚呈示装置。   The walking sensation presentation device includes a footrest having a foot pad on which a foot is placed, and the footrest moves in the front and rear and up and down directions and moves along the walking motion trajectory of the foot. The immersive walking sensation presentation apparatus according to claim 1, wherein the walking movement trajectory can be controlled. 前記歩行感覚呈示装置の足載せ具は、体重などで足裏に加わる力を検出する力センサを備えており、該力センサによりユーザの歩行状態を検出することを特徴とする請求項1又は2に記載の没入歩行感覚呈示装置。   The footrest device of the walking sensation presentation device includes a force sensor that detects a force applied to the sole by weight or the like, and detects the walking state of the user by the force sensor. An immersive walking sensation display device according to claim 1. 前記歩行感覚呈示装置の足載せ具は、アクチュエータにより踵側が上方に傾動可能な踵上げ機構を備えていることを特徴とする請求項1、2又は3に記載の没入歩行感覚呈示装置。   4. The immersive walking sensation presentation apparatus according to claim 1, wherein the footrest of the walking sensation presentation apparatus includes a heel raising mechanism whose heel side can be tilted upward by an actuator. 前記歩行感覚呈示装置の足載せ具は、つま先が上方に可動な構成であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の没入歩行感覚呈示装置。   5. The immersive walking sensation presentation apparatus according to claim 1, wherein a toe of the walking sensation presentation apparatus has a configuration in which a toe is movable upward. 没入ディスプレイに投影する映像は、全方位映像撮影装置によって撮影され前記視野範囲に対応し編集された実写映像又はコンピュータグラッフィック映像であり、
前記実写映像は、リアルタイム又は一端記憶手段に記憶後投影される構成であることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の没入歩行感覚呈示装置。
The image projected on the immersive display is a live-action image or a computer graphic image that has been shot by an omnidirectional image capturing device and edited to correspond to the field of view.
The immersive walking sensation presentation apparatus according to claim 1, wherein the photographed image is configured to be projected after being stored in real time or one-end storage means.
前記没入歩行感覚呈示装置は、ユーザの体の動きをセンシングするセンサを備え、該センサの検出データから作成したCGを没入ディスプレイで投影し、ユーザ自身が自己の動きをリアルタイム又は訓練後に確認することが出来ることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の没入歩行感覚呈示装置。   The immersive walking sensation presentation device includes a sensor that senses the movement of the user's body, projects a CG created from the detection data of the sensor on an immersive display, and the user confirms his / her own movement in real time or after training. The immersive walking sensation presentation apparatus according to claim 1, wherein the immersive walking sensation presentation apparatus is provided.
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